Как "Хъбъл" революционизира астрономията (галерия) | IT.dir.bg

17-11-2017 20-11-2018
Как "Хъбъл" революционизира астрономията (галерия) 35
Снимка: iStock by Getty Images

Как "Хъбъл" революционизира астрономията (галерия)

На 24 април 1990 година е изведена в орбита първата мащабна космическа обсерватория

| Автор: Стоян Гогов 14 20561

Преди 34 години в космоса е изстрелян телескоп, повдигнал завесата на много от тайните на Вселената. Апаратът заснема формирането на звезди и планети, разкрива неподозирани галактики, магични мъглявини и показва най-големите дълбини на космоса.

Вижте най-бележитите снимки на този телескоп >> >> >>

С него е свързана и една от най-сложните "спасителни" операции в орбита. Кой е този телескоп и кои са неговите най-важни открития?

Роден в годините на Студената война

Космическият телескоп "Хъбъл" е изстрелян точно преди 34 години, но историята му започва доста по-рано.

Още през 1946 г. американският астроном Лиман Спицър описва основите на концепцията зад "Хъбъл" в статията си "Астрономически предимства обсерватория извън Земята". Той обаче е вдъхновен от научния труд на германеца Херман Оберт, който предлага изпращането на телескопи извън земната атмосфера още от 1923 г.

В края на 40-те години на миналия век стават ясни конкретни предимства на космическите телескопи пред наземните обсерватории.

Първо, земната атмосфера няма да влияе върху качеството на заснеманите обекти. Това ще позволи по-прецизен фокус и взиране в по-далечните краища на Вселената.

Галактика Сомбреро

Снимка: NASA/ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Второ, базиран в космоса телескоп може да наблюдава инфрачервена и ултравиолетова светлина, които са силно абсорбирани от атмосферата.

Спицър посвещава живота си, за да убеди властите в разработването на космически телескоп. През 1962 г. доклад на Националната академия на науките на САЩ препоръчва разработването му като част от космическата надпревара със СССР. Спицър е назначен за ръководител на комисия, на която е дадена задачата да определи научните цели за подобен голям космически телескоп.

Много важна е и ролята на Нанси Грейс Роман, наричана "Майката на Хъбъл". Тя участва в разработването на дизайна на космическата обсерватория в средата на 60-те години на миналия век и е един от най-гласовитите застъпници за нуждата от космически телескоп.

Въпреки това проектът се движи с бавни темпове. През 1968 г. НАСА обявява плановете си да изстреля орбитален телескоп с 3-метрово огледало. Планирано е той да е необитаем, но периодично да се поддържа от космонавти. Датата за извеждане е определена за 1979 година.

Намирането на финанси за програмата върви с отчайващи темпове. Годината е 1977, а програмата получава скромните 5 милиона долара, които не са достатъчни за нищо.

Тогава от НАСА решават да "изиграят" политиците като спират парите за бъдещия телескоп. Това разбунва научната общност. Множество видни астрономи и физици се срещат лично с конгресмени и сенатори. Организирани са и акции и резултат накрая има. Сенатът се съгласява да финансира проекта, макар и само с половината от желания бюджет.

Взето е решение проектът да смали мащаба си, а в него да се привлече финансиране от Европейската космическа агенция.

Юпитер след сблъсъка с кометата Шумейкър-Леви 9

Снимка: ESA/Hubble & NASA Acknowledgement: Judy Schmidt

Програмата за създаването на "Хъбъл" е рестартирана през 1978 година.

Тук е времето да отбележим, че докато този научен проект се движи с бавна скорост, то в орбита вече има изведени сложни космически телескопи с 2.4-метрово огледало. Те обаче са строго секретни и под шапката на Пентагона.

Причината - тези обсерватории не наблюдават ставащото в космоса, а случващото се на Земята.

KH-11 е шпионски сателит, който по-късно ще послужи за основа на "Хъбъл". Трябва да отбележим, че до извеждането на космическия телескоп в орбита, САЩ вече имат цели 9 бройки от сложния шпионски сателит KH-11.

Да се към "Хъбъл". След като Конгресът на САЩ одобрява финансовата рамка на програмата са избрани и нейните изпълнители.

На аерокосмическия гигант Lockheed е възложено да конструира космическия кораб, в който ще се интегрира телескопът. Оптичната компания Perkin-Elmer е натоварена да изгради модула на оптичната тръба (OTA), сензорите за фино насочване и самото 2,4-митрово огледало. Kodak са селектирани като резервен подизпълнител.

Изграждането на огледалото от Perkin-Elmer започва през 1979 г., с избирането на стъкло с ултра ниско разширение, произведено от Corning. За шлифоването са използвани най-модерните за времето си компютърни технологии, като точността е до нанометри. Забавянията обаче продължават.

За да спести пари, НАСА спря работата по резервното огледало и премества датата на изстрелване на телескопа за октомври 1984 г.

Съмненията около готовността на Perkin-Elmer да завършат проекта започват да се трупат, графикът - да се разпъва във времето, а бюджета за телескопа вече надхвърля 1 милиард долара.

Трагедията със совалката "Челенджър" води до ново забавяне, като поддръжката на вече готовия телескоп струва 6 милиона долара всеки месец.

"Неустановен и променящ се ежедневно" така политиците коментират графика на НАСА. Забавянето обаче дава време на инженерите да извършат обширни тестове, да сменят евентуално податлива на повреда батерия и да направят други подобрения. Създаден е и софтуера за програмата.

След възобновяването на полетите на совалките, "Дискавъри" успешно изстрелва "Хъбъл" на 24 април 1990 г.

Спасителната мисия

Само седмица след извеждането в космоса става ясно, че "Хъбъл" страда от съществен дефект. Върнатите изображения са размити, без остър фокус и с по-ниско качество от очакваното.

Снимка: NASA, ESA, STScI and Judy Schmidt

Анализът на дефектните изображения разкрива, че основното огледало е полирано до грешна форма. Оказва се, че външният му периметър е по-плосък с около 2200 нанометра.

Дефектът прави невъзможни наблюденията на далечни обекти. Именно това обаче е една от основните мисии на обсерваторията, чиято задача е да надникне в ранните години на Вселената.

Отзвукът от провала на телескопа е огромен. Политиците започват да поставят под съмнение компетентността на НАСА, учените да съжаляват за пропилените милиарди. Шоумени и комедии се шегуват с "Хъбъл".

От НАСА не се предават. Грешката в огледалото е толкова добре проучена, че астрономите частично могат да компенсират дефекта чрез използване на сложни техники за обработка на изображения.

Създадена е комисия, която разследва проблема и намира причината за дефектното огледало.

Отразяващ коректор, използван за измервания при шлифоването на огледало, е бил неправилно сглобен. Неговата леща е извън позицията си с 1,3 милиметра, което довело до отклоненията. Макар основната вина да е в компанията Perkin-Elmer, от НАСА също имали пропуски в контрола на качеството.

Дизайнът на телескопа винаги е включвал обслужващи мисии и астрономите незабавно започват да търсят потенциални решения на проблема.

Обмислят се най-различни идеи за справянето с дефектното огледало. Например,  връщането на "Хъбъл" обратно на земята и монтиране на резервното огледало, започнато от Kodak.

Накрая е намерено много по-евтино и елегантно решение. Фактът, че огледалото е шлифовано толкова прецизно до грешна форма, води до проектирането на нови оптични компоненти с точно същата грешка, но в обратния диапазон. Така двете грешки се компенсират и нулират една друга.

През декември 1993 година излита совалката "Ендевър", чиято задача е да отремонтира телескопа, за да може той да работи по план. Освен компенсиращите уреди са направени подобрения по системата за насочване на телескопа.

Монтирани са два електрически блока за управление и други електрически компоненти, както и два магнитометъра. Бордовите компютри са модернизирани с добавени копроцесори и орбитата на "Хъбъл" е увеличена.

Ремонтът в открития космос продължава над седмица. Никога досега човечеството не е извършвало подобна сложна мисия в орбита.

На 13 януари 1994 г. НАСА обявява ремонта за пълен успех и показва първите ясни изображения. Започват звездните години на "Хъбъл", който вече може да функционира по план.

Десетилетия на важни открития

За своите 3 десетилетия на работа "Хъбъл" е направил множество важни открития и снимки. Всъщност те са толкова много, че ще изброим само най-важните от тя:

Едно от най-значимите е, че Вселената се разширява по-бързо от очакваното.

Преди изстрелването на телескопа, астрофизиците твърдят, че гpaвитaциятa щe зaбaви paзшиpeниeтo нa Bceлeнaтa. "Хъбъл" потвърждава, че това не е така. В действителност, галактиките се движат дори по-бързо. Откритието е толкова голямо, че заплашва да промени из основи света на физиката. Дори днес учените нямат отговор защо Вселената ускорява разширяването си. Едно от възможните обяснения включва съществуването на тъмната материя, която все още не е наблюдавана.

Друго важно откритие на "Хъбъл" е свързано с прецизното измерване на възрастта на Вселената. Дотогава се предполага, че тя е на възраст между 8 и 25 милиарда години. След дълги наблюдения с телескопа учените са единодушни, че Вселената е възникнала преди 13,7 милиарда години.

Проучвайки далечните краища на Вселената, телескопът заснема един от най-известните си кадри. "Дълбокото поле на "Хъбъл" е изображение на малък регион в съзвездието Голяма мечка, конструирано от поредица от снимки с космическия телескоп. На него се виждат хиляди галактики с всевъзможни форми. Само вглеждането в една малка точка от Вселената е достатъчно, за да се проумеят необятните ѝ размери.

Космическият телескоп позволява на човечеството да научи стадиите на еволюция на звездите, да разбере повече за черните дупки и квазарите. Формирането на галактики, избухването на свръхновите - знаем повече за тях, чрез "Хъбъл".

"Хъбъл" успява да заснеме за пръв път образуването на нови планети. Причината за това са неговите сензори, улавящи ултравиолетови и инфрачервени лъчи. Дотогава е невъзможно от Земята да се наблюдават протопланетните дискове около младите звезди.

Орбиталната обсерватория проучва и собствената ни Слънчева система. Тя заснема как Юпитер поема кометата Шумейкър-Леви. По-късно е уловен още един подобен сблъсък. Става ясно, че газовият гигант има важна роля в еволюцията на живота на Земята, спасявайки я от множество фатални удари.

Галактиката NGC4826

Снимка: H. Hammel, MIT and NASA/ESA

Освен това "Хъбъл" заснема как се променят атмосферите на Нептун и Сатурн. По този начин учените получиха нови данни за сезоните и еволюцията на бурите на тези отдалечени светове.

Никога преди учените не са можели да наблюдават колко различни галактики има и как те взаимодействат по между си.

Успехът на "Хъбъл" отваря вратата за орбиталната астрономия. Това води до появата на телескопите "Чандра", "Кеплер", "Спицър", "Спектр-РГ", "Евклид" и новият рекордьор в орбита - "Джеймс Уеб".

Заземяването на совалките прави ремонтирането на "Хъбъл" по-трудно, но въпреки това НАСА планира да поддържа телескопа до 2040 година. Възможно е животът му да бъде увеличен и отвъд това, а сигурното е едно - предстои ни да видим още доста красиви кадри, заснети от "Хъбъл".

Как "Хъбъл" революционизира астрономията (галерия) 35

Как "Хъбъл" революционизира астрономията (галерия)

На 24 април 1990 година е изведена в орбита първата мащабна космическа обсерватория

| Автор : Стоян Гогов 14 20561 Снимка: iStock by Getty Images

Преди 34 години в космоса е изстрелян телескоп, повдигнал завесата на много от тайните на Вселената. Апаратът заснема формирането на звезди и планети, разкрива неподозирани галактики, магични мъглявини и показва най-големите дълбини на космоса.

Вижте най-бележитите снимки на този телескоп >> >> >>

С него е свързана и една от най-сложните "спасителни" операции в орбита. Кой е този телескоп и кои са неговите най-важни открития?

Роден в годините на Студената война

Космическият телескоп "Хъбъл" е изстрелян точно преди 34 години, но историята му започва доста по-рано.

Още през 1946 г. американският астроном Лиман Спицър описва основите на концепцията зад "Хъбъл" в статията си "Астрономически предимства обсерватория извън Земята". Той обаче е вдъхновен от научния труд на германеца Херман Оберт, който предлага изпращането на телескопи извън земната атмосфера още от 1923 г.

В края на 40-те години на миналия век стават ясни конкретни предимства на космическите телескопи пред наземните обсерватории.

Първо, земната атмосфера няма да влияе върху качеството на заснеманите обекти. Това ще позволи по-прецизен фокус и взиране в по-далечните краища на Вселената.

Галактика Сомбреро

Снимка: NASA/ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Второ, базиран в космоса телескоп може да наблюдава инфрачервена и ултравиолетова светлина, които са силно абсорбирани от атмосферата.

Спицър посвещава живота си, за да убеди властите в разработването на космически телескоп. През 1962 г. доклад на Националната академия на науките на САЩ препоръчва разработването му като част от космическата надпревара със СССР. Спицър е назначен за ръководител на комисия, на която е дадена задачата да определи научните цели за подобен голям космически телескоп.

Много важна е и ролята на Нанси Грейс Роман, наричана "Майката на Хъбъл". Тя участва в разработването на дизайна на космическата обсерватория в средата на 60-те години на миналия век и е един от най-гласовитите застъпници за нуждата от космически телескоп.

Въпреки това проектът се движи с бавни темпове. През 1968 г. НАСА обявява плановете си да изстреля орбитален телескоп с 3-метрово огледало. Планирано е той да е необитаем, но периодично да се поддържа от космонавти. Датата за извеждане е определена за 1979 година.

Намирането на финанси за програмата върви с отчайващи темпове. Годината е 1977, а програмата получава скромните 5 милиона долара, които не са достатъчни за нищо.

Тогава от НАСА решават да "изиграят" политиците като спират парите за бъдещия телескоп. Това разбунва научната общност. Множество видни астрономи и физици се срещат лично с конгресмени и сенатори. Организирани са и акции и резултат накрая има. Сенатът се съгласява да финансира проекта, макар и само с половината от желания бюджет.

Взето е решение проектът да смали мащаба си, а в него да се привлече финансиране от Европейската космическа агенция.

Юпитер след сблъсъка с кометата Шумейкър-Леви 9

Снимка: ESA/Hubble & NASA Acknowledgement: Judy Schmidt

Програмата за създаването на "Хъбъл" е рестартирана през 1978 година.

Тук е времето да отбележим, че докато този научен проект се движи с бавна скорост, то в орбита вече има изведени сложни космически телескопи с 2.4-метрово огледало. Те обаче са строго секретни и под шапката на Пентагона.

Причината - тези обсерватории не наблюдават ставащото в космоса, а случващото се на Земята.

KH-11 е шпионски сателит, който по-късно ще послужи за основа на "Хъбъл". Трябва да отбележим, че до извеждането на космическия телескоп в орбита, САЩ вече имат цели 9 бройки от сложния шпионски сателит KH-11.

Да се към "Хъбъл". След като Конгресът на САЩ одобрява финансовата рамка на програмата са избрани и нейните изпълнители.

На аерокосмическия гигант Lockheed е възложено да конструира космическия кораб, в който ще се интегрира телескопът. Оптичната компания Perkin-Elmer е натоварена да изгради модула на оптичната тръба (OTA), сензорите за фино насочване и самото 2,4-митрово огледало. Kodak са селектирани като резервен подизпълнител.

Изграждането на огледалото от Perkin-Elmer започва през 1979 г., с избирането на стъкло с ултра ниско разширение, произведено от Corning. За шлифоването са използвани най-модерните за времето си компютърни технологии, като точността е до нанометри. Забавянията обаче продължават.

За да спести пари, НАСА спря работата по резервното огледало и премества датата на изстрелване на телескопа за октомври 1984 г.

Съмненията около готовността на Perkin-Elmer да завършат проекта започват да се трупат, графикът - да се разпъва във времето, а бюджета за телескопа вече надхвърля 1 милиард долара.

Трагедията със совалката "Челенджър" води до ново забавяне, като поддръжката на вече готовия телескоп струва 6 милиона долара всеки месец.

"Неустановен и променящ се ежедневно" така политиците коментират графика на НАСА. Забавянето обаче дава време на инженерите да извършат обширни тестове, да сменят евентуално податлива на повреда батерия и да направят други подобрения. Създаден е и софтуера за програмата.

След възобновяването на полетите на совалките, "Дискавъри" успешно изстрелва "Хъбъл" на 24 април 1990 г.

Спасителната мисия

Само седмица след извеждането в космоса става ясно, че "Хъбъл" страда от съществен дефект. Върнатите изображения са размити, без остър фокус и с по-ниско качество от очакваното.

Снимка: NASA, ESA, STScI and Judy Schmidt

Анализът на дефектните изображения разкрива, че основното огледало е полирано до грешна форма. Оказва се, че външният му периметър е по-плосък с около 2200 нанометра.

Дефектът прави невъзможни наблюденията на далечни обекти. Именно това обаче е една от основните мисии на обсерваторията, чиято задача е да надникне в ранните години на Вселената.

Отзвукът от провала на телескопа е огромен. Политиците започват да поставят под съмнение компетентността на НАСА, учените да съжаляват за пропилените милиарди. Шоумени и комедии се шегуват с "Хъбъл".

От НАСА не се предават. Грешката в огледалото е толкова добре проучена, че астрономите частично могат да компенсират дефекта чрез използване на сложни техники за обработка на изображения.

Създадена е комисия, която разследва проблема и намира причината за дефектното огледало.

Отразяващ коректор, използван за измервания при шлифоването на огледало, е бил неправилно сглобен. Неговата леща е извън позицията си с 1,3 милиметра, което довело до отклоненията. Макар основната вина да е в компанията Perkin-Elmer, от НАСА също имали пропуски в контрола на качеството.

Дизайнът на телескопа винаги е включвал обслужващи мисии и астрономите незабавно започват да търсят потенциални решения на проблема.

Обмислят се най-различни идеи за справянето с дефектното огледало. Например,  връщането на "Хъбъл" обратно на земята и монтиране на резервното огледало, започнато от Kodak.

Накрая е намерено много по-евтино и елегантно решение. Фактът, че огледалото е шлифовано толкова прецизно до грешна форма, води до проектирането на нови оптични компоненти с точно същата грешка, но в обратния диапазон. Така двете грешки се компенсират и нулират една друга.

През декември 1993 година излита совалката "Ендевър", чиято задача е да отремонтира телескопа, за да може той да работи по план. Освен компенсиращите уреди са направени подобрения по системата за насочване на телескопа.

Монтирани са два електрически блока за управление и други електрически компоненти, както и два магнитометъра. Бордовите компютри са модернизирани с добавени копроцесори и орбитата на "Хъбъл" е увеличена.

Ремонтът в открития космос продължава над седмица. Никога досега човечеството не е извършвало подобна сложна мисия в орбита.

На 13 януари 1994 г. НАСА обявява ремонта за пълен успех и показва първите ясни изображения. Започват звездните години на "Хъбъл", който вече може да функционира по план.

Десетилетия на важни открития

За своите 3 десетилетия на работа "Хъбъл" е направил множество важни открития и снимки. Всъщност те са толкова много, че ще изброим само най-важните от тя:

Едно от най-значимите е, че Вселената се разширява по-бързо от очакваното.

Преди изстрелването на телескопа, астрофизиците твърдят, че гpaвитaциятa щe зaбaви paзшиpeниeтo нa Bceлeнaтa. "Хъбъл" потвърждава, че това не е така. В действителност, галактиките се движат дори по-бързо. Откритието е толкова голямо, че заплашва да промени из основи света на физиката. Дори днес учените нямат отговор защо Вселената ускорява разширяването си. Едно от възможните обяснения включва съществуването на тъмната материя, която все още не е наблюдавана.

Друго важно откритие на "Хъбъл" е свързано с прецизното измерване на възрастта на Вселената. Дотогава се предполага, че тя е на възраст между 8 и 25 милиарда години. След дълги наблюдения с телескопа учените са единодушни, че Вселената е възникнала преди 13,7 милиарда години.

Проучвайки далечните краища на Вселената, телескопът заснема един от най-известните си кадри. "Дълбокото поле на "Хъбъл" е изображение на малък регион в съзвездието Голяма мечка, конструирано от поредица от снимки с космическия телескоп. На него се виждат хиляди галактики с всевъзможни форми. Само вглеждането в една малка точка от Вселената е достатъчно, за да се проумеят необятните ѝ размери.

Космическият телескоп позволява на човечеството да научи стадиите на еволюция на звездите, да разбере повече за черните дупки и квазарите. Формирането на галактики, избухването на свръхновите - знаем повече за тях, чрез "Хъбъл".

"Хъбъл" успява да заснеме за пръв път образуването на нови планети. Причината за това са неговите сензори, улавящи ултравиолетови и инфрачервени лъчи. Дотогава е невъзможно от Земята да се наблюдават протопланетните дискове около младите звезди.

Орбиталната обсерватория проучва и собствената ни Слънчева система. Тя заснема как Юпитер поема кометата Шумейкър-Леви. По-късно е уловен още един подобен сблъсък. Става ясно, че газовият гигант има важна роля в еволюцията на живота на Земята, спасявайки я от множество фатални удари.

Галактиката NGC4826

Снимка: H. Hammel, MIT and NASA/ESA

Освен това "Хъбъл" заснема как се променят атмосферите на Нептун и Сатурн. По този начин учените получиха нови данни за сезоните и еволюцията на бурите на тези отдалечени светове.

Никога преди учените не са можели да наблюдават колко различни галактики има и как те взаимодействат по между си.

Успехът на "Хъбъл" отваря вратата за орбиталната астрономия. Това води до появата на телескопите "Чандра", "Кеплер", "Спицър", "Спектр-РГ", "Евклид" и новият рекордьор в орбита - "Джеймс Уеб".

Заземяването на совалките прави ремонтирането на "Хъбъл" по-трудно, но въпреки това НАСА планира да поддържа телескопа до 2040 година. Възможно е животът му да бъде увеличен и отвъд това, а сигурното е едно - предстои ни да видим още доста красиви кадри, заснети от "Хъбъл".